בעידן של היום של התקדמות טכנולוגית מהירה, חומרים מרוכבים מסיבי פחמן עושים לעצמם שם במגוון רחב של תחומים בזכות ביצועיהם המעולים. החל מיישומים מתקדמים בתחום התעופה והחלל ועד לצרכים היומיומיים של ציוד ספורט, חומרים מרוכבים מסיבי פחמן הראו פוטנציאל גדול. עם זאת, כדי להכין חומרים מרוכבים מסיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים, טיפול אקטיבי של...סיבי פחמןהוא צעד מכריע.
תמונה של מיקרוסקופ אלקטרונים על פני השטח של סיבי פחמן
סיבי פחמן, חומר סיבים בעל ביצועים גבוהים, הם בעלי תכונות רבות ומשכנעות. הם מורכבים בעיקר מפחמן ובעלי מבנה פילמנטי מוארך. מנקודת מבט של מבנה פני השטח, פני השטח של סיבי פחמן חלקים יחסית ויש בהם פחות קבוצות פונקציונליות פעילות. זאת בשל העובדה שבמהלך הכנת סיבי פחמן, פחמון בטמפרטורה גבוהה וטיפולים אחרים הופכים את פני השטח של סיבי הפחמן למצב אינרטי יותר. תכונת פני שטח זו מעמידה שורה של אתגרים להכנת חומרים מרוכבים של סיבי פחמן.
המשטח החלק הופך את הקשר בין סיבי הפחמן לחומר המטריצה לחלש. בהכנת חומרים מרוכבים, קשה לחומר המטריצה ליצור קשר חזק על פני השטח שלסיבי פחמן, מה שמשפיע על הביצועים הכוללים של החומר המרוכב. שנית, היעדר קבוצות פונקציונליות פעילות מגביל את התגובה הכימית בין סיבי פחמן לחומרי מטריצה. זה גורם לקשר הבין-פאזי ביניהם להסתמך בעיקר על השפעות פיזיקליות, כגון הטמעה מכנית וכו', שלעתים קרובות אינו יציב מספיק ונוטה להיפרד כאשר הוא נתון לכוחות חיצוניים.
תרשים סכמטי של חיזוק בין-שכבתי של בד סיבי פחמן על ידי ננו-צינוריות פחמן
על מנת לפתור בעיות אלו, טיפול אקטיבי של סיבי פחמן הופך הכרחי.סיבי פחמןמראים שינויים משמעותיים במספר היבטים.
טיפול הפעלה מגביר את חספוס פני השטח של סיבי פחמן. באמצעות חמצון כימי, טיפול בפלזמה ושיטות אחרות, ניתן לחרוט גושים וחריצים זעירים על פני השטח של סיבי פחמן, מה שהופך את פני השטח למחוספסים. משטח מחוספס זה מגדיל את שטח המגע בין סיבי הפחמן לחומר המצע, מה שמשפר את הקשר המכני ביניהם. כאשר חומר המטריצה מחובר לסיב הפחמן, הוא מסוגל להיטמע טוב יותר במבנים המחוספסים הללו, וליצור קשר חזק יותר.
טיפול ההפעלה יכול להכניס שפע של קבוצות פונקציונליות ריאקטיביות על פני סיבי הפחמן. קבוצות פונקציונליות אלו יכולות להגיב כימית עם הקבוצות הפונקציונליות המתאימות בחומר המטריצה ויצירת קשרים כימיים. לדוגמה, טיפול חמצון יכול להכניס קבוצות הידרוקסיל, קבוצות קרבוקסיל וקבוצות פונקציונליות אחרות על פני סיבי הפחמן, אשר יכולות להגיב עם...אפוקסיקבוצות במטריצת השרף וכן הלאה ליצירת קשרים קוולנטיים. חוזק הקשר הכימי הזה גבוה בהרבה מזה של הקשר הפיזי, מה שמשפר מאוד את חוזק הקשר הבין-פנימי בין סיבי הפחמן לחומר המטריצה.
אנרגיית פני השטח של סיבי הפחמן הפעיל עולה גם היא באופן משמעותי. העלייה באנרגיית פני השטח מקלה על סיבי הפחמן להירטב על ידי חומר המטריצה, ובכך מקלה על התפשטות וחדירה של חומר המטריצה על פני סיבי הפחמן. בתהליך הכנת חומרים מרוכבים, חומר המטריצה יכול להיות מפוזר באופן שווה יותר סביב סיבי הפחמן כדי ליצור מבנה צפוף יותר. זה לא רק משפר את התכונות המכניות של החומר המרוכב, אלא גם משפר את תכונותיו האחרות, כגון עמידות בפני קורוזיה ויציבות תרמית.
לסיבים פחמניים פעילים יתרונות רבים להכנת חומרים מרוכבים מסיבי פחמן.
מבחינת תכונות מכניות, חוזק הקשר הבין-פנימי בין החומר המופעלסיבי פחמןוחומר המטריצה משופר מאוד, מה שמאפשר לחומרים המרוכבים להעביר טוב יותר מתאמצים כאשר הם נתונים לכוחות חיצוניים. משמעות הדבר היא שהתכונות המכניות של חומרים מרוכבים, כגון חוזק ומודולוס, משתפרות משמעותית. לדוגמה, בתחום התעופה והחלל, הדורש תכונות מכניות גבוהות במיוחד, חלקי מטוסים העשויים מחומרים מרוכבים מסיבי פחמן פעיל מסוגלים לעמוד בעומסי טיסה גדולים יותר ולשפר את הבטיחות והאמינות של המטוס. בתחום מוצרי הספורט, כגון שלדות אופניים, מקלות גולף וכו', חומרים מרוכבים מסיבי פחמן פעיל יכולים לספק חוזק וקשיחות טובים יותר, תוך הפחתת משקל ושיפור חוויית הספורטאים.
מבחינת עמידות בפני קורוזיה, עקב הכנסת קבוצות פונקציונליות ריאקטיביות על פני השטח של סיבי פחמן פעיל, קבוצות פונקציונליות אלו יכולות ליצור קשר כימי יציב יותר עם חומר המטריצה, ובכך לשפר את עמידות הקורוזיה של החומרים המרוכבים. בתנאים סביבתיים קשים מסוימים, כגון הסביבה הימית, התעשייה הכימית וכו', החומרים המרוכבים...מרוכבים מסיבי פחמןיכול לעמוד טוב יותר בפני שחיקה של חומרים קורוזיביים ולהאריך את חיי השירות. יש לכך משמעות רבה עבור ציוד ומבנים מסוימים המשמשים בסביבות קשות במשך זמן רב.
מבחינת יציבות תרמית, קשר טוב בין סיבי פחמן פעיל לחומר המטריצה יכול לשפר את היציבות התרמית של חומרים מרוכבים. בסביבה בטמפרטורה גבוהה, החומרים המרוכבים יכולים לשמור על תכונות מכניות טובות יותר ויציבות ממדית, והם פחות נוטים לעיוות ולנזק. זה הופך את חומרי המרוכבים מסיבי פחמן פעיל לבעלי פוטנציאל יישום רחב ביישומים בטמפרטורה גבוהה, כגון חלקי מנוע רכב וחלקי קצה חמים של מנועי תעופה.
מבחינת ביצועי העיבוד, לסיבי הפחמן הפעיל יש פעילות פני שטח מוגברת ותאימות טובה יותר עם חומר המטריצה. זה מקל על חומר המטריצה לחדור ולהתקשות על פני סיבי הפחמן במהלך הכנת החומר המרוכב, ובכך משפר את יעילות העיבוד ואת איכות המוצר. במקביל, גם יכולת העיצוב של סיבי הפחמן הפעיל מרוכבים משופרת, מה שמאפשר התאמה אישית ליישומים שונים ולעמוד במגוון דרישות הנדסיות מורכבות.
לכן, טיפול הפעלה שלסיבי פחמןמהווה חוליה מרכזית בהכנת מרוכבים סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים. באמצעות טיפול ההפעלה, ניתן לשפר את מבנה פני השטח של סיבי פחמן כדי להגדיל את חספוס פני השטח, להכניס קבוצות פונקציונליות פעילות ולשפר את אנרגיית פני השטח, על מנת לשפר את חוזק הקשר הבין-פנימי בין סיבי פחמן לחומר המטריצה, ולהניח את היסודות להכנת מרוכבים סיבי פחמן בעלי תכונות מכניות מצוינות, עמידות בפני קורוזיה, יציבות תרמית וביצועי עיבוד. עם ההתקדמות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה, מאמינים כי טכנולוגיית הפעלת סיבי פחמן תמשיך לחדש ולהתפתח, ותספק תמיכה חזקה יותר ליישום הרחב של מרוכבים סיבי פחמן.
שנגחאי אוריסן טכנולוגיית חומרים חדשה בע"מ
טלפון: 86-18683776368+ (וגם וואטסאפ)
טלפון: 86+08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
כתובת: מספר 398 ניו גרין רואד, טאון שינבאנג, מחוז סונגג'יאנג, שנגחאי
זמן פרסום: 4 בספטמבר 2024